ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر LTL-E7939Q3K - حزمة مثبتة عبر الثقب - طول موجي 850 نانومتر - شدة إشعاعية 20 ملي واط/ستراديان - جهد أمامي 1.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد LTL-E7939Q3K صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) عالي الأداء تحت الأحمر (IR) مصممًا للتركيب عبر الثقب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب إشارات بصرية عالية السرعة أو إضاءة موثوقة في الطيف تحت الأحمر القريب. يستخدم الجهاز مادة أشباه الموصلات من نوع AlGaAs (ألومنيوم جاليوم زرنيخيد)، والتي تم تحسينها للانبعاث عند 850 نانومتر، وهو طول موجي شائع لأنظمة الاتصال تحت الأحمر، والاستشعار، وإضاءة الرؤية الليلية.

تشمل مزاياها الأساسية مزيجًا من الشدة الإشعاعية العالية، والتوافق مع الدوائر المتكاملة بسبب متطلبات التيار المنخفضة، وحزمة قوية عبر الثقب مناسبة لمجموعة متنوعة من عمليات التجميع. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS، مما يشير إلى تصنيعه دون استخدام مواد خطرة مثل الرصاص (Pb). تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الأتمتة الصناعية، وأنظمة الأمان (مثل الرؤية الليلية للكاميرات CCTV)، والمشفرات البصرية، وأجهزة التحكم عن بُعد، وأجهزة استشعار القرب حيث تعتبر مصادر الضوء تحت الأحمر الموثوقة أمرًا بالغ الأهمية.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الحدود أو عندها ويجب تجنبها في التصميمات الموثوقة.

• تبديد الطاقة (Pd):120 ملي واط كحد أقصى. هذه هي الطاقة الإجمالية (Vf * If) التي يمكن للحزمة تبديدها كحرارة دون تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى. يتجاوز هذا الحد خطر الانحراف الحراري والفشل.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):1 أمبير في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). هذا التصنيف أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مما يسمح بنبضات قصيرة وعالية الكثافة مفيدة في نقل البيانات.
• تيار التيار المستمر الأمامي (I_F):60 ملي أمبير بشكل مستمر. هذا هو الحد الأقصى للتيار في الحالة المستقرة للتشغيل الموثوق طويل الأمد.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من هذا إلى حدوث انهيار وفشل كارثي في تقاطع PN الخاص بـ LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية و -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، على التوالي. تحدد هذه الحدود البيئية للتشغيل والتخزين غير التشغيلي.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 2.0 مم من جسم LED. يوجه هذا عمليات اللحام اليدوي لمنع التلف الحراري للعدسة الإيبوكسي وروابط القالب الداخلية.

2.2 الخصائص الكهربائية / البصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية والمضمونة المقاسة في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

• الشدة الإشعاعية (I_e):20.0 ملي واط/ستراديان كحد أدنى عند I_F= 20mA. تقيس الشدة الإشعاعية الطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). هذه معلمة أساسية لتحديد المدى الفعال وقوة الإشارة في أنظمة الأشعة تحت الحمراء. تشير ورقة البيانات إلى أنه يجب تطبيق تسامح ±15٪ على القيمة المضمونة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):30 درجة نموذجية. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 30 درجة إلى شعاع مركز بشكل معتدل، مناسب للتطبيقات الموجهة.
• الطول الموجي الذروة (λ_P):850 نانومتر نموذجي. هذا هو الطول الموجي الذي يصدر فيه LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. يقع 850 نانومتر في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو غير مرئي للعين البشرية ولكنه يمكن اكتشافه بواسطة الثنائيات الضوئية السيليكونية والعديد من مستشعرات الكاميرا.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):40 نانومتر نموذجي. يحدد هذا عرض النطاق الترددي للطول الموجي حيث تكون شدة الانبعاث على الأقل نصف شدة الذروة. عرض 40 نانومتر شائع لصمامات LED تحت الحمراء.
• الجهد الأمامي (V_F):1.3 فولت نموذجي، 1.6 فولت كحد أقصى عند I_F= 20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند توصيل التيار. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R= 5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED منحازًا عكسيًا ضمن حدوده الآمنة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى استخدام نظام تصنيف أو فرز للشدة الإشعاعية (I_e). تنص الملاحظة على: \"يتم وضع رمز تصنيف Ie على كل كيس تغليف.\" وهذا يعني أن صمامات LED المصنعة يتم اختبارها وفرزها (تصنيفها) بناءً على شدة إشعاعها المقاسة. يحدد رقم الجزء LTL-E7939Q3K الحد الأدنى للشدة الإشعاعية (18~21.5 ملي واط/ستراديان كحد أدنى، كما هو موضح في جدول تفكيك رقم الجزء)، ولكن قد تقع الوحدات الفردية ضمن شحنة في نطاقات فرعية محددة (صناديق). يجب أن يدرك المصممون أن الشدة الفعلية لـ LED معين قد تختلف ضمن الحد الأدنى المضمون ونطاق التصنيف. لا توضح ورقة البيانات الصناديق الصريحة للطول الموجي (λ_P) أو الجهد الأمامي (V_F)، حيث تسرد فقط القيم النموذجية والحدود القصوى/الدنيا.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى عدة منحنيات خصائص نموذجية، والتي توفر رؤية أعمق لسلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

• منحنى الطيف:يوضح الطاقة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، مركزًا حول ذروة 850 نانومتر مع نصف العرض المحدد البالغ 40 نانومتر.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة غير الخطية بين الجهد والتيار. سيكون للمنحنى جهد عتبة (حوالي 1.1-1.2 فولت لـ AlGaAs) وبعد ذلك يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد، مما يسلط الضوء على سبب أهمية التحكم في التيار (وليس التحكم في الجهد).
• الطاقة الإشعاعية النسبية مقابل تيار التيار المستمر الأمامي:يوضح كيف تزداد طاقة الإخراج البصرية مع تيار القيادة، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل قبل أن تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية.
• الطاقة الإشعاعية النسبية مقابل تيار الذروة (النبضي):مشابه لمنحنى التيار المستمر ولكن للتشغيل النبضي، يظهر الحد الأقصى للإخراج القابل للتحقيق عند تيارات تصل إلى 1 أمبير كحد أقصى.
• الطاقة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة:منحنى حرج يظهر انخفاض الإخراج البصري مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. يجب أخذ عامل التخفيض الحراري هذا في الاعتبار في التصميمات حيث تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة أو تكون إدارة الحرارة ضعيفة.
• نمط التوجيه:رسم قطبي يظهر التوزيع الزاوي للضوء المنبعث، يحدد بصريًا زاوية الرؤية البالغة 30 درجة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الحزمة

يتم وضع LED في حزمة قياسية عبر الثقب، مستديرة من نوع T-1 3/4 (5 مم). تشمل الأبعاد الرئيسية من الرسم:

• قطر العدسة: حوالي 5.0 مم.
• ارتفاع الحزمة: حوالي 8.7 مم من أسفل الأطراف إلى أعلى العدسة.
• قطر الطرف: 0.56 مم اسميًا.
• تباعد الأطراف: 2.54 مم (0.1 بوصة) قياسي، مقاسًا حيث تخرج الأطراف من جسم الحزمة.
• الحافة/القاعدة: تساعد الحافة في التركيب على اللوحة وتوفر توقفًا ميكانيكيًا أثناء الإدخال. أقصى ارتفاع للراتنج البارز تحت الحافة هو 1.0 مم.

5.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود في رسم الأبعاد. بالنسبة لـ LED القياسي، يكون الكاثود عادةً هو الطرف الأقصر و/أو الطرف المجاور للنقطة المسطحة على حافة الحزمة. يجب الرجوع إلى الرسم المقدم لتحديد العلامة الدقيقة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية لمنع التلف.

• تشكيل الأطراف:يجب أن يتم ذلك قبل اللحام في درجة حرارة الغرفة. يجب إجراء الانحناءات على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة عدسة LED. لا ينبغي استخدام قاعدة إطار الرصاص كنقطة ارتكاز.
• تجميع PCB:استخدم الحد الأدنى من قوة التثبيت لتجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف.
• اللحام:
  • الحفاظ على مسافة لا تقل عن 2 مم من قاعدة العدسة إلى نقطة اللحام.
  • تجنب غمر العدسة في اللحام.
  • لا تجهد الأطراف أثناء اللحام بينما يكون LED ساخنًا.
  • اللحام اليدوي:درجة حرارة المكواة ≤ 350 درجة مئوية، الوقت ≤ 3 ثوانٍ (مرة واحدة فقط).
  • اللحام بالموجة:التسخين المسبق ≤ 100 درجة مئوية لمدة ≤ 60 ثانية، موجة اللحام ≤ 260 درجة مئوية، وقت التلامس ≤ 5 ثوانٍ.
  • اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR reflow) غير مناسب لهذه الحزمة عبر الثقب.
• التنظيف:استخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل إذا لزم الأمر.
• التخزين:خارج التغليف الأصلي، استخدم في غضون 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو من النيتروجين. يجب ألا يتجاوز التخزين 30 درجة مئوية و 70٪ رطوبة نسبية.

7. معلومات التغليف والطلب

• تغليف الوحدة:1000 قطعة لكل كيس تغليف مضاد للكهرباء الساكنة.
• الصندوق الداخلي:6 أكياس تغليف (6000 قطعة إجمالاً).
• الصندوق الخارجي:8 صناديق داخلية (48000 قطعة إجمالاً).
• رقم الجزء:LTL-E7939Q3K. يشير التفكيك إلى: LTL (مصباح)، E79 (سلسلة/رمز)، 39 (ربما يتعلق بزاوية الرؤية أو تصنيف الشدة)، Q3K (رمز متغير محدد). لون العدسة هو \"شفاف مائي\".

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة تحت الحمراء:لكاميرات CCTV في تطبيقات الأمان ذات الإضاءة المنخفضة أو الليلية.
• التبديل والتشفير البصري:في أجهزة الاستشعار البصرية من نوع الفتحة أو العاكسة لاستشعار الموضع، والتحكم في سرعة المحرك، والمشفرات الدورانية.
• نقل البيانات:في الأجهزة المتوافقة مع جمعية البيانات تحت الحمراء (IrDA) أو روابط البيانات التسلسلية البسيطة قصيرة المدى، مستفيدةً من قدرتها عالية السرعة.
• اكتشاف القرب والكائن:بالتزامن مع كاشف ضوئي لاستشعار وجود أو غياب كائن.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:صمامات LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة صمامات LED على التوازي، يجب وضع مقاومة تحديد تيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة أ). لا يُنصح بقيادة عدة صمامات LED على التوازي مباشرة من مصدر جهد بمقاومة واحدة (نموذج الدائرة ب) بسبب الاختلافات في جهد الأمامي (Vf) لكل LED، مما يتسبب في توزيع غير متساوٍ للتيار والسطوع.
• الإدارة الحرارية:بينما تبدد الحزمة عبر الثقب الحرارة من خلال أطرافها، يجب الانتباه إلى تخطيط PCB والظروف المحيطة لمنع تجاوز درجة حرارة التقاطع للحدود، مما يقلل من الإخراج وعمر التشغيل.
• حماية ESD:صمام LED حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تشمل إجراءات التعامل استخدام أساور معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومؤينات. يمكن أن يظهر تلف ESD على شكل تسرب عكسي مرتفع، أو جهد أمامي منخفض، أو فشل في إصدار الضوء عند التيارات المنخفضة.

9. المقارنة والتمايز التقني

مقارنة بصمامات LED المرئية القياسية أو صمامات LED تحت الحمراء منخفضة الطاقة، يقدم LTL-E7939Q3K مزيجًا متوازنًا منشدة إشعاعية عالية (20 ملي واط/ستراديان كحد أدنى)وزاوية رؤية مركزة ومعتدلة (30 درجة). هذا يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات طويلة المدى أو ذات قوة إشارة أعلى من الأجهزة واسعة الزاوية ومنخفضة الطاقة. إن بنائه من AlGaAs نموذجي للانبعاث عند 850 نانومتر، مما يوفر كفاءة جيدة. المميز الرئيسي في فئته هو المواصفات الصريحة للتشغيل عالي السرعة، مما يجعله مرشحًا للتطبيقات النبضية التي تتجاوز الإضاءة البسيطة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، Vf=1.3V، والمرغوب I_F=20mA، ستكون قيمة المقاومة R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω. ستكون مقاومة 180Ω أو 220Ω مناسبة. من المحتمل أن يؤدي تشغيله مباشرة إلى تدمير LED بسبب التيار الزائد.

س: لماذا يكون تصنيف التيار النبضي (1A) أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر (60mA)؟

ج: خلال النبضة القصيرة جدًا، لا يكون للحرارة المتولدة في تقاطع أشباه الموصلات وقت للانتشار إلى الحزمة والبيئة المحيطة. لذلك، لا ترتفع درجة حرارة التقاطع بشكل كبير، مما يسمح بتيار لحظي أعلى بكثير دون التسبب في تلف حراري. دورة العمل (300 نبضة في الثانية * 10 ميكروثانية = 0.3٪) منخفضة جدًا، مما يحافظ على متوسط الطاقة ضمن الحدود.

س: العدسة \"شفافة مائية\". لماذا تصدر ضوءًا تحت أحمر غير مرئي؟

ج: عدسة الإيبوكسي الشفافة شفافة لكل من الأطوال الموجية المرئية وتحت الحمراء. عدم رؤية الضوء هو خاصية لمادة أشباه الموصلات (AlGaAs)، التي تصدر فوتونات عند 850 نانومتر - وهو طول موجي خارج نطاق حساسية العين البشرية. غالبًا ما تكون العدسة الشفافة مفضلة في التطبيقات الخفية أو حيث يكون الوهج الأحمر المرئي (الشائع مع صمامات LED 660 نانومتر) غير مرغوب فيه.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم عداد كائنات بسيط باستخدام مستشعر كسر الشعاع.

يمكن استخدام اثنين من صمامات LED تحت الحمراء هذه مع اثنين من الترانزستورات الضوئية المطابقة لإنشاء مستشعر كسر شعاع ثنائي القنوات لحساب الكائنات على حزام ناقل. يتم تشغيل كل LED بواسطة مصدر تيار ثابت مضبوط على 20mA باستخدام دائرة ترانزستور أو IC مخصص لقيادة LED لضمان شدة إخراج مستقرة بغض النظر عن تقلبات جهد الإمداد. يتم وضع صمامات LED على جانب واحد من الناقل، والترانزستورات الضوئية على الجانب الآخر. عندما يكسر كائن الشعاع، تتغير حالة إخراج الترانزستور الضوئي. تسمح زاوية الرؤية البالغة 30 درجة لـ LED ببعض التسامح مع سوء المحاذاة مع توفير شعاع متوازي بشكل كافٍ لتقليل التداخل بين القناتين المتقاربتين. تضمن الشدة الإشعاعية العالية وصول إشارة قوية إلى الكاشف، مما يوفر نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة حتى في البيئات التي تحتوي على بعض الضوء تحت الأحمر المحيط.

12. مقدمة المبدأ

LED هو صمام ثنائي أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطعه P-N، تندمج الإلكترونات من المادة من النوع N مع الفجوات من المادة من النوع P. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. بالنسبة لـ LTL-E7939Q3K، فإن سبيكة AlGaAs لها فجوة نطاق تقابل طاقات فوتون تبلغ حوالي 1.46 إلكترون فولت، مما يترجم إلى ضوء بطول موجي قريب من 850 نانومتر، في منطقة الأشعة تحت الحمراء. تعمل عدسة الإيبوكسي على حماية القالب شبه الموصِّل، وتشكيل نمط الانبعاث، وتعزيز استخراج الضوء من الشريحة.

13. اتجاهات التطوير

يستمر مجال صمامات LED تحت الحمراء في التطور. تشمل الاتجاهات تطوير أجهزة ذات كفاءة أعلى في تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي مدخل)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك أيضًا عمل مستمر لزيادة سرعات التشكيل لتطبيقات اتصالات البيانات الأسرع، مثل Li-Fi (الإخلاص الضوئي) أو أجهزة الاستشعار البصرية المتقدمة. تهدف ابتكارات التغليف إلى توفير إدارة حرارية أفضل، مما يسمح بتيارات قيادة أعلى وقوة بصرية أكبر من عوامل الشكل الأصغر. علاوة على ذلك، فإن دمج صمامات LED مع برامج التشغيل ودوائر التحكم في وحدات ذكية هو اتجاه متزايد، مما يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين. يظل المبدأ الأساسي للإضاءة الكهربائية في أشباه الموصلات دون تغيير، لكن علوم المواد وتكنولوجيا التغليف تدفع التحسينات المستمرة في الأداء.